基于压缩感知的多周期直扩MSK信号二维联合捕获方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109150235A(43)申请公布日2019.01.04(21)申请号201710510273.4(22)申请日2017.06.28(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人谢仁宏袁小琦李鹏芮义斌郭山红张天乐陈颖(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人王玮(51)Int.Cl.H04B1/7077(2011.01)H04B1/7087(2011.01)H04B1/7075(2011.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称基于压缩感知的多周期直扩MSK信号二维联合捕获方法(57)摘要本发明公开了一种基于压缩感知的多周期直扩MSK信号二维联合捕获方法。对接收的中频直扩MSK信号进行A/D采样，经过接收转换滤波器后，转换为近似直扩BPSK信号，再经下变频、低通滤波后得到直扩BPSK复基带信号。对信号取M个符号周期的样点序列作为观测序列，并利用本地伪码构造联合稀疏矩阵，用正交匹配追踪算法实现压缩感知信号重构，从而捕获伪码相差与多普勒频偏。本发明具有同时完成伪码相位和多普勒频偏捕获、搜索范围大、估计精度高误差小等优势，是一种新型的二维捕获方法，适用于高动态低信噪比的应用环境，具有较强的实用价值。CN109150235ACN109150235A权利要求书1/3页1.一种基于压缩感知的多周期直扩MSK信号二维联合捕获方法，其特征在于包括以下步骤：对中频直扩MSK信号进行处理获得近似直扩BPSK信号；构造压缩感知方程，选择随机高斯矩阵作为观测矩阵，利用观测矩阵中的每个行向量分别对近似直扩BPSK信号进行投影，获取信号的特征信息；对伪码、多普勒划分构造单周期稀疏矩阵，并以竖排联合稀疏矩阵为模型构造多周期联合稀疏矩阵，与观测矩阵內积运算得到第一冗余字典，取近似直扩BPSK信号的M个扩频码周期的样点序列作为观测序列，与构造的第一冗余字典做正交匹配追踪重构，捕获码相位误差与多普勒频偏的粗估计范围；对获得的多普勒粗估计范围进一步划分，构造第二冗余字典，观测序列与构造的第二冗余字典做正交匹配追踪重构，得到多普勒频偏精确的估计值。2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的多周期直扩MSK信号二维联合捕获方法，其特征在于所述近似直扩BPSK信号的产生方法为：采用中频匹配滤波器h(t)接收直扩MSK信号，h(t)的冲激响应为式中，fc为载波频率，T为扩频码周期。接收后的信号依次经f1下变频、低通滤波、K倍抽取后，由于一个扩频码周期内的数据符号不变，得到近似直扩BPSK基带信号式中τ为码相位误差，τ初始值为0，Rc为扩频码速率，fd为多普勒频偏，ωn为复高斯白噪声，d为传输符号，c为扩频码，n为样点序号；此时接收M个符号周期的样点，每个数据符号里面包含一个周期N的伪码序列，则接收信号群表示为式中为多普勒修正值。3.根据权利要求1所述基于压缩感知的多周期直扩MSK信号二维联合捕获方法，其特征在于：所述压缩感知方程为y＝Φx＝ΦΨ·s＝A·s，其中，y为近似直扩BPSK信号的长度为一个扩频码周期的观测值，A为冗余字典，s为近似直扩BPSK信号观测值在冗余字典A上的映射；Φ为测量矩阵，为随机高斯矩阵，Ψ为联合稀疏矩阵。4.根据权利要求1所述的基于压缩感知的多周期直扩MSK信号二维联合捕获方法，其特征在于所述第一冗余字典的构建方法为：将时延-多普勒域划分成Nτ×Nf个区域，为修正后的多普勒值，Rc为扩频码速率，fd2CN109150235A权利要求书2/3页为多普勒频偏；确定多普勒估计范围[0,ΔυNf]和时延估计范围[0,ΔτNτ]；确定第一冗余字典A1中第m个数据符号的稀疏矩阵的为其中，n为样点序号，N为扩频码长度，Δυ1为粗捕获的多普勒分辨率，Δτ为时延分辨率，Nf1为多普勒搜索区间数，p、q的取值分别代表时延τ与多普勒值υ，p＝0,1,…,Nτ-1，q＝-Nf,…,-1,0,1,…,Nf，为Nτ个N×(2Nf+1)二维数组组成的三维矩阵。5.根据权利要求1所述的基于压缩感知的多周期直扩MSK信号二维联合捕获方法，其特征在于接受M个数据符号的竖排联合稀疏矩阵为：ΨM＝(Ψ1,Ψ2,...,ΨM)T式中，Ψm为第m个数据符号对应的稀疏矩阵。6.根据权利要求1所述的基于压缩感知的多周期直扩MSK信号二维联合捕获方法，其特征在于所述第二冗余字典的构建方法为：根据粗捕获估计精度获取精捕获多普勒估计范围，且满足条件Δυ1＝Δυ2×Nf2；确定第二冗余字典A2中稀疏矩阵其中，Δυ1为粗捕获的多普勒分辨率，Δυ2为精捕获的多普勒分辨率；Nf2为精捕获的多普勒取值个数，为粗捕获的码相位误差和多普勒估计值，第二冗余字典A2为二维矩阵。7